MESTRADO EM SISTEMAS APLICADOS A ENGENHARIA E A GESTÃO

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Protótipo de dispositivo de medição de tensão e corrente contínuas, aplicado na detecção de Degradação Induzida por Potencial em módulos fotovoltaicos em operação

por Natália Nogueira Monteiro publicado 14/03/2022 15h02, última modificação 14/03/2022 15h02

Prof. D.Sc. Rodrigo Martins Fernandes (Orientador)

O constante aumento populacional global demanda uma quantidade de energia cada vez maior. Nesse sentido, a energia solar é uma das principais alternativas limpas para aumentar a matriz energética mundial, devido a diversas vantagens, como: disponibilidade, acessibilidade, confiabilidade, baixo impacto ambiental e alta vida. Os níveis de eficiência das placas solares são definidos, principalmente, pelos materiais utilizados em suas construções, e podem sofrer interferência devido a diversos efeitos de degradação naturais e temporais, além da degradação causada por correntes de fuga provenientes do efeito de polarização, definida como Degradação Induzida por Potencial (PID), ou efeito PID. O efeito PID ocorre quando há corrente de fuga para a terra através de fissuras ou falhas no material encapsulante e no vidro dos módulos, reduzindo a eficiência e o desempenho das placas. Porém, a degradação por este efeito pode ser reversível se detectada e solucionada a tempo, e os módulos regenerados necessitam de uma supervisão periódica para garantir seu nível de desempenho, sendo interessante a utilização de um sistema de monitoramento remoto devido à localização nem sempre fácil das placas. Nos sistemas existentes no mercado, normalmente, mede-se a tensão do barramento completo e a corrente de cada módulo, e para fins de detecção do efeito PID, é necessário realizar a medição de tensão em cada módulo e a corrente do barramento completo. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver um protótipo de dispositivo de monitoramento de tensão e corrente contínuas, através de dispositivos IoT (Internet of Things), para auxiliar na detecção do efeito PID, e para supervisão de módulos que já sofreram esse efeito. Para compor este dispositivo, serão necessários dois tipos de módulos: um medirá tensão e corrente em conjunto, e o outro medirá apenas tensão. Na ocorrência do PID, é percebida uma queda no valor de tensão no módulo, que resulta na redução de seu desempenho. O dispositivo será composto por materiais específicos para exposição em campo aberto, e se comunicará com um microcontrolador via WiFi, para posterior análise de dados. Os dados obtidos através desse dispositivo serão indicativos para a ocorrência de degradação por efeito PID, essenciais para que se torne possível a reversão dessa degradação, ou pelo menos a minimização de seus efeitos, regenerando os módulos atingidos e recuperando seu nível de desempenho.
Palavras-chave: célula solar, degradação, efeito PID.

The increasingly number of people aroung the globe requires a bigger amount of energy each day. For this reason, the solar energy is one of the most important alternative to feed the world energy matrix, due to its availability, affordability, reliability, high life and low environmental impact, once it’s a clean energy source. The levels of effiency of solar panels are defined by the materials used in their constructions, and may be interfered by natural degradation effects, and also degradation caused by leakage currents from the effect of polarization, called Potential Induced Degradation (PID), or PID effect. The PID effect occurs when there is leakage current to earth through cracks or faults in the encapsulating material and in the glass of the modules, reducing the efficiency and performance of
the panels. However, it’s possible to revert the effects of PID if it’s detected in time. The regenerated modules need supervision periodically to make sure their performance are satisfatory again, being interesting to use a remote monitoring system once it’s not always easy to get to where the modules are. There are some systems in the market but, normally, they measure the voltage of the complete string and the current of each module, and for detecting the PID effect, it’s necessary just the opposite: the measurement of voltage in each module and the current of the complete string. Thus, this study is focused on developing a prototype of a voltage and direct current monitoring device, using IoT (Internet of Things) concepts, in order to help the detection of the PID effect, and to supervise the modules already affected by this. For this prototype, two types of modules will be necessary: one of them will measure voltage and current together, the other one will only measure voltage. In the occurrence of PID effect, voltage in the photovoltaic module decreases, reducing performance. The device will be constructed with specific materials to be exposed to weather conditions, and data will be sent via WiFi to a microcontroller, to be analysed by specialists. Data aquisition from this system will be an evidence for the occurrence of degradation by PID effect, facilitating its reversal or, at least, minimizing its effects, regenerating modules and their performance.
Keywords: solar cell, degradation, PID effect

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